В чем причина такой картины шума в электрических чайниках?

Вот ответ. Справочная информация: На нижней поверхности чайника имеется множество микроскопически мельчайших пор, трещин и щелей. многие из них удерживают крайне незначительное количество воздуха после того, как чайник наполнен водой. эти заряженные воздухом поры будут служить местами зародышеобразования, на которых сначала запустится процесс кипения.

по мере того, как вода нагревается, вы сначала заметите пузырьки воздуха, растущие в местах расположения пор. это связано с тем, что воздух, растворенный в воде, менее растворим в горячей воде, чем в холодной, и воздух, уже находящийся в порах, создает ранее существовавшие места, в которых воздух может легко выйти из раствора. (По мере того, как вода нагревается, некоторые из этих пузырьков отрываются от дна чайника и всплывают на поверхность, но их заменяют новые пузырьки, растущие в освободившихся порах.) Во время этого процесса не издается никакого звука.

Теперь обратите внимание, что, хотя в чайнике происходит некоторая конвективная теплопередача, нижняя поверхность находится там, где находится нагревательный элемент, и на этом этапе вода рядом с ним будет горячее, чем остальная часть объема, и что это условие фактически поддерживается. наличием пузырьков, которые имеют тенденцию изолировать основную часть от воды, ближайшей ко дну чайника.

Между тем воздух в щелях обогащается водяным паром, в то время как температура воды поднимается, и, в конце концов, процесс выделения воздуха завершается, и поры теперь заполнены в основном водяным паром и небольшим количеством воздуха. и большая часть застрявших пузырьков воздуха отделилась и уплыла.

каждая из заполненных паром пор может быть смоделирована как щель с отверстием, содержащим мениск, кривизна которого наружу, а, следовательно, и внутреннее давление задаются уравнением Юнга-Лапласа. это давление уравновешивается давлением пара, и по мере того, как поверхность становится еще более горячей, наступает момент, когда вода вблизи этого мениска решает испариться, и мениск внезапно выворачивается из устья поры. поскольку его радиус кривизны уменьшается по мере увеличения его объема, внутреннее давление, необходимое для надувания пузыря, падает по мере его роста, и происходит крошечный взрыв пара: пузырек претерпевает очень резкий рост и испускает звуковую волну, которая распространяется вглубь. большая часть воды в чайнике.

Этот рост внезапно прекращается, когда пузырь становится достаточно большим, чтобы выступать из горячей среды рядом с дном чайника и контактировать с чуть более прохладной водой наверху. затем пузырь внезапно гасится и внезапно схлопывается. когда отступающий мениск сталкивается с поверхностью котла, он распространяет звуковую волну на дно котла. почти сразу этот процесс повторяется.

по всему дну котла этот механизм микровзрывов и кавитационных коллапсов происходит в каждой из «активированных» пор (тех, которые заполнены паровоздушной смесью и имеют мениски соответствующих радиусов), и производимые таким образом звуки сливаются в шипящий рев, который вы можете услышать. по мере того, как активизируется все больше и больше пор, грохот становится все громче и происходит очень энергичное перемешивание воды прямо у дна чайника. это смешивает горячую воду у дна с более прохладной водой сверху, и вскоре вода вдали от дна чайника становится такой же горячей, как и у дна, и кипящие пузырьки больше не гасятся собственным ростом. затем рев стихает.

Теперь происходит то, что кипящие пузырьки вместо этого начинают отделяться и расти до макроскопических размеров, быстро вырываясь вверх и прочь от дна котла, а характер издаваемого звука меняется с шипящего рева микроскопических паровых взрывов на знакомое бульканье. пузырьковый шум, громкость которого увеличивается до тех пор, пока он не станет доминирующим шумом, который вы слышите.

Этот механизм объясняет начальную тихую фазу, постепенное нарастание рева и шипения, краткий минимум, когда механизм кипения переключает режимы, и вторую фазу нарастания булькающего шума, которую вы наблюдали.

Моя идея: изначально вода прохладная и тихая, как мы и ожидали. Вода нагревается за счет теплопроводности, основанной на прямом контакте с более теплой поверхностью. Через некоторое время тонкий слой воды на дне достигает точки кипения, и образуются маленькие пузырьки пара, создающие измеренный вами шум. Со временем образуется все больше и больше пузырьков, однако они не могут сохранять свою форму, потому что вода в более высоких областях еще холодная, поэтому они схлопываются сразу же после того, как их выпускают со дна. Этот процесс становится все более интенсивным, пока пузырьки на дне не образуют более или менее сплошной слой. В этот момент теплопередача излучением становится более значительной, что приводит к снижению шума, поскольку вода не находится в непосредственном контакте с нагревательной пластиной.

Как шеф-повар, а не математик, я полагаю, вы путаете 2 слышимые частоты, первая из которых - это возрастающее возбужденное состояние нагрева воды и, следовательно, увеличивающийся децибел и более высокий тон, по крайней мере, до тех пор, пока он не исчезнет из вашего слышимого восприятия, внезапное снижение , вторая серия звуков - это закипание воды и ее взаимодействие с окружающим материалом. Фактическое циклическое отклонение от электричества также может играть с акустикой и давать «жуткий» эффект, такой как колеблющийся гул от большинства приборов и бытовой электроники. Я лично ненавижу дуэт моего льдогенератора с люминесцентным освещением на кухне. Таким образом, я предполагаю, что первая часть графика с более чувствительным оборудованием будет показывать продолжающуюся тенденцию к росту как высоты тона, так и децибел.